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石墨烯和石墨烯基复合材料的制备及其应用
作者：吴锡植 章振乾 卢密 李良超 马歌 陈海峰 来源：《中国科技纵横》2012年第22期
摘要：石墨烯是一种新型二维平面结构的纳米碳材料，相比于其他碳质材料，其特殊的原子层结构使其表现出非常优异的电学、热学和力学等性能。本文重点概述了石墨烯及其复合材料的制备方法和性能以及在光电、催化、储能和生物医药等领域的应用前景。 关键词：石墨烯 制备方法 复合材料 应用前景
石墨烯是由sp2杂化碳原子构成的正六边形单层二维碳质新材料，是构建其它维数碳材料的基本单元。这种稳定的单原子层薄膜由Geim课题组[1]2004年率先发现后就立刻震撼了科学界，随后在材料学和物理学领域掀起了研究热潮。
石墨烯是迄今为止发现的最薄的二维材料，其厚度仅0.335nm，相当于头发的20万分之一。完美的石墨烯只包括六角元胞；如果有五角元胞和七角元胞存在，控制它们的数量就可以得到不同形状的碳材料，如零维富勒烯、一维纳米碳管（CNT）、三维石墨等。由于石墨烯常温下具有优异的电学、热学和力学性能以及不规则量子霍尔效应、量子干涉效应等，有望在液晶材料、储能材料、机械谐振器、高性能纳电子器件等方面获得应用。 1、石墨烯的制备
石墨烯的制备方法通常有微机械剥离法、氧化还原法、化学气相沉积、SiC晶体外延生长法等。
微机械剥离法是获得石墨烯最普通的方法。利用机械力，如透明胶带黏力，将石墨烯片从具有高度取向热解石墨晶体（HOPG） 表面剥离开来。2004年，K.Novoselov用机械剥离法首次制备出单层石墨烯[1]。该法操作简单、质量较高，但存在产率低、成本高、尺寸不易控制等缺点，无法满足工业大规模生产的需求。
氧化还原法比较常见的是Hummers法[2]，是利用强氧化剂（如浓硫酸、高锰酸钾、双氧水）作用于天然鳞状石墨制得氧化石墨烯；再利用还原剂或其它还原方法（如热还原、紫外还原等）制得石墨烯。通常使用的还原剂有水合肼、对苯二酚和硼氢化钠等。该法制得的石墨烯表面含有一亲水基团，为有机改性复合材料和金属氧化物包覆纳米材料提供了便利。 化学气相沉积（CVD）法[3]是将平面基底（如金属薄膜） 置于高温可分解的前驱体（如甲烷、乙烯等）气氛中，通过高温退火使碳原子沉积在基底表面形成石墨烯，最后用化学腐蚀法除去金属基底后可得到独立的石墨烯片。
石墨烯和石墨烯基复合材料的制备及其应用
